KR100355512B1 - 개선된 배관 설치구조를 갖는 터널 굴진기 - Google Patents

개선된 배관 설치구조를 갖는 터널 굴진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 굴진기의 개선된 송, 배니배관 설치구조를 개시한다.
본 발명은 중공부가 형성된 중공축이 전방통의 중심에 지지브라켓에 의해 지지되며, 감속기와 기어결합되며 전방을 향해 나팔형상으로 연장되어 끝단에 커터 헤드가 결합된 제 1 크러셔가 중공축의 외주연상에 회전가능하도록 결합되며, 제 1 크러셔와 함께 제 1, 2 공간부 및 통로를 형성하는 제 2 크러셔가 중공축의 일단에 축방향으로 고정 결합되며, 송니배관이 중공축 및 제 2 크러셔의 중공부를 관통하여 전방통의 중심부에 설치되며, 배니배관이 전방통의 내측 하단부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 배관 설치구조를 갖는 터널 굴진기 {TUNNELING MACHINES HAVING ENHANCED PIPE INSTALLATION}
본 발명은 추진공법에 이용되는 터널 굴진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널 굴진기 내부로 밀려 들어온 파쇄된 토사 및 암편을 외부로 원활하게 배출하기 위한 터널 굴진기의 개선된 배관 설치구조에 관한 것이다.
추진공법은 마이크로 터널링 머신(micro tunneling machine) 또는 세미 실드 머신(semi-shield machine)이라는 강재 원통형의 굴진기계를 수직 작업구 내에 투입시켜 기계 선단부에 장착되어 있는 토사 굴착용 커터 헤드(cutter head)를 회전시키면서 지반을 굴착하고 막장면을 각종 보조공법(이수(泥水) 및 약액주입)으로 막장면의 붕괴를 방지하면서 굴진기계 후방부에 설치된 추진관을 하나씩 유압잭으로 압입, 추진시키는 작업을 반복하면서 터널을 굴착하는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 터널 굴진기의 일실시예를 도시한 정면도 및 우측면도이다.
도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 터널 굴진기(100)는 강재 원통형의 전방통(front body;110)과 후방통(tail body;120)으로 구성된다. 전방통(110) 전면에는 롤러 커터(roller cutter;131)와 메인 비트(main bit;132) 및 개구부(133)가 설치된 커터 헤드(130)가 회전가능하도록 설치된다. 후방통(120) 내부에는 커터헤드(130)를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor;140)와 감속기(reducer;141)가 설치되며, 전방통(110)의 중심축상에는 감속기(141)와 기어결합되어 회동되는 구동축(142)이 설치되며, 구동축(142)의 외주연에는 대략 원뿔 형상을 갖는 콘 크러셔(cone crusher;150)가 설치되어 구동축(142)과 함께 회동된다. 또한, 구동축(142)의 끝단은 커터 헤드(130)에 고정결합되어 커터 헤드(130)를 회전시킨다.
콘 크러셔(150)의 경사면판(151)과 전방통(110) 내측면 사이의 제 1 공간(111)은 후방으로 갈수록 점진적으로 좁아지는 공간을 형성하다 최종적으로 좁게 형성된 통로(112)를 거쳐 제 2 공간(113)과 연결된다. 한편, 후방통(120) 내부에는 파쇄된 토사 및 암편을 배니시킬 수 있도록 송니배관(161) 및 배니배관(162)이 설치되며, 이들 송니배관(161) 및 배니배관(162)의 끝단은 제 2 공간(113)의 일단과 연통되어 송니배관(161)을 통해 공급되는 높은 압력의 수류가 막장(제 1 공간 및 제 2 공간)을 거치면서 파쇄된 토사 및 암편을 수반하여 배니배관(162)으로 배출된다.
전방통(110)과 후방통(120)은 다수의 방향수정 잭(steering jack;170)으로 연결되어 각각의 방향수정 잭(170)을 당기거나 밀어 전방통(110)의 방향을 조절할 수 있다. 후방통(120) 내부에는 이들 방향수정 잭(170)에 유압을 공급하기 위한 유압장치(171) 및 방향수정 잭(170)의 스트로크를 조절하기 위한 다수의 솔레노이드 밸브(172)가 설치된다.
후방통(120)의 일단에는 눈금이 새겨진 타겟 및 다수의 게이지가 설치된 패널(180)이 마련되며, 이 패널(180)의 후방에는 이를 관측할 수 있는 카메라(181)가 설치되어 지상에 위치한 조종실에서 이를 관측할 수 있다. 한편, 수직 작업구에 설치되어 주사되는 레이져 빔이 타겟의 소정 위치에 표시되는 것에 따라 터널 굴진기(100)의 방향을 측정할 수 있으며, 이를 토대로하여 각각의 방향수정 잭(170)을 조절함으로써 터널 굴진기(100)의 방향을 원하는 방향으로 유도할 수 있다.
이와 같은 구조로 이루어진 종래기술에 따른 터널 굴진기의 굴진작업 및 동작은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 지표상의 소정 위치에 수직 작업구를 굴착하고, 앞서 설명한 터널 굴진기(100)를 수직 작업구 내에 투입시켜 설치한다. 굴진 방향으로 커터 헤드(130)를 정렬시키고, 후방통(120)의 후방으로 한 개의 추진관과, 반력을 이용해 터널 굴진기(100)를 굴진방향으로 가압력을 부여하기 위한 유압 잭을 설치한다.
터널 굴진기(100)는 유압 잭에 의해 굴진방향으로 추진관과 함께 추진되며, 커터 헤드(130) 전면은 지반에 밀착한다. 커터 모터(140)의 구동력은 감속기(141)를 거치면서 높은 토오크를 형성하여 콘 크러셔(150) 및 커터 헤드(130)를 회동시킨다. 롤러 커터(131) 및 메인 비트(132)는 커터 헤드(130)와 함께 회전하면서 토사 및 암편을 파쇄시킨다. 파쇄된 토사 및 암편은 개구부(133)를 통해 제 1 공간(111)으로 밀려 들어온다. 제 1 공간(111)으로 밀려 들어온 토사 및 암편은 회전하는 콘 크러셔(150)의 경사면판(151)과 전방통(110) 내측면 사이에서 다시 한 번 파쇄되어 좁게 형성된 통로(112)를 거쳐 제 2 공간(113)으로 밀려 들어온다. 제2 공간(113)으로 밀려 들어온 토사 및 암편은 송니배관(161)을 통해 공급되는 수류와 함께 혼합되어 배니배관(162)으로 배출된다. 이처럼 추진관의 길이만큼 터널 굴진기(100)를 추진시킨 다음 유압 잭을 후퇴시키고 다른 추진관을 삽입하는 작업을 반복하는 것이다.
그런데 이와 같은 종래기술에 따른 터널 굴진기에서 커터 헤드(130)를 회전시키는 구동축(142)은 터널 굴진기(100)의 중심축상에 위치하는 구조를 이루고 있다. 이처럼 터널 굴진기(100)의 중앙부에 위치한 구동축(142)의 동력전달방식에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 송니배관(161) 및 배니배관(162)이 터널 굴진기(100)의 중심부에 위치하지 못하고 어느 일측 가장자리에 설치되는 단점이 있었다.
특히, 배니배관(162)은 전방통(110)의 바닥쪽에 위치하더라도 파쇄된 토사 및 암편이 자중에 의해 바닥쪽으로 물과 섞여 내려오므로 상관이 없으나, 송니배관(161)은 전방통(110)의 좌측 가장자리에 위치하여 터널 굴진기(100) 내부로 들어온 토사 및 암편에 균등한 막장압을 가하지 못함으로 인해 배토효율이 떨어지는 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터널 굴진기의 송니배관을 전방통 중심에 위치하도록하여 커터 헤드 후방의 막장압을 균등하게 유지할 수 있으며, 파쇄된 토사 및 암편이 송니배관을 통해 공급된 물과 고르게 섞일 수 있도록 한 터널 굴진기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 강재 원통형의 전방통(front body)과 후방통(tail body)을 구비하며, 전방통의 전면에 회전가능하도록 설치된 커터 헤드(cutter head)를 구비하며, 전방통과 후방통이 다수의 방향수정 잭(steering jack)으로 결합되며, 후방통 내부에 커터 헤드를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor)와 감속기(reducer)가 마련되며, 중공부가 형성된 중공축이 전방통의 중심에 지지브라켓에 의해 지지되며, 중공축의 외주연상에 회전가능하도록 링기어가 설치되어 감속기와 기어결합되며, 링기어의 외주연에 설치되어 전방을 향해 나팔형상으로 연장되어 끝단에 커터 헤드가 결합된 제 1 크러셔가 설치되며, 제 1 크러셔와 함께 제 1, 2 공간부 및 통로를 형성하는 제 2 크러셔가 중공축의 일단에 전방을 향해 고정 결합되며, 송니배관이 중공축 및 제 2 크러셔의 중공부를 관통하여 전방통의 중심부에 설치되며, 배니배관이 전방통의 내측 하단부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 터널 굴진기의 일실시예를 도시한 정면도,
도 2는 종래기술에 따른 터널 굴진기의 후방에서 도시한 도 1의 우측면도,
도 3은 종래기술에 따른 도 1의 A-A'선 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 굴진기를 도시한 정면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 굴진기의 후방에서 도시한 도 4의 우측면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 4 의 B-B'선 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 중공축 11 : 중공부 12 : 지지 브라켓
21 : 링기어 30 : 제 1 크러셔 31 : 제 1 공간부
32 : 제 1 통로 33 : 제 2 공간부 40 : 제 2 크러셔
50 : 도어 61 : 송니배관 62 : 제 1 배니배관
63 : 제 2 배니배관 100 : 터널 굴진기 110 : 전방통
120 : 후방통 130 : 커터 헤드 140 : 커터 모터
141 : 감속기 161 : 송니배관 162 : 배니배관
170 : 방향수정 잭 171 : 유압장치 172 : 솔레노이드 밸브
180 : 패널
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 굴진기를 도시한 정면도이며, 도 5는 터널 굴진기의 후방에서 도시한 도 4의 우측면도이며, 도 6은 도 4의 B-B'선 단면도이다. 한편, 종래와 동일한 구성으로 이루어지는 부분에 대해서는 도1 내지 도 3에 기재된 도면부호와 동일한 부호를 기재하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 배관 설치구조를 갖는 터널 굴진기는 강재 원통형의 전방통(front body;110)과 후방통(tail body;120) 및 회전가능하도록 설치된 커터 헤드(130)를 구비하며, 후방통(120) 내부에 커터 헤드(130)를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor;140)와 감속기(reducer;141)가 마련되며, 전방통(110)과 후방통(120)이 4개의 방향수정 잭(steering jack;170)으로 결합되고 유압장치(171) 및 다수의 솔레노이드 밸브(172)가 설치되며, 후방통(120)의 일단에 패널(180) 및 카메라(181)가 설치된다. 커터 헤드(130)의 전면에는 롤러 커터(roller cutter;131)와 메인 비트(main bit;132)가 설치되며, 개구부(133)가 형성되어 있다.
특히, 전방통(110)의 중심부에 중공부(11)가 형성된 원통형상의 중공축(10)이 고정 설치되며, 이 중공축(10)의 외주연에는 링기어(21)가 베어링 결합되고, 이 링기어(21)는 감속기(141)와 기어결합된다. 이와 같은 링기어(21)의 전면에 제 1 크러셔(30)가 축방향으로 나사결합된다. 이 제 1 크러셔(30)는 전방으로 연장되면서 링기어(21)의 외주연으로부터 나팔형상으로 전방을 향해 확장되며, 그 끝단에 커터 헤드(130)가 결합된다. 이와 같은 제 1 크러셔(30)는 링기어(21)의 구동력을 전달받아 커터 헤드(130)와 함께 회전된다.
한편, 제 1 크러셔(30)의 안쪽방향으로는 제 2 크러셔(40)가 설치된다. 제 2 크러셔(40)는 중공축(10)의 일단에 축방향으로 고정 결합되고, 제 2 크러셔(40)의 끝단부는 외주면을 따라 제 1 크러셔(30)의 경사면판(34)과 반대되는 형상의 경사면판(42)이 형성되어 이들 경사면판(34,42) 사이는 후방으로 갈수록 점차적으로 좁아지는 원형상의 제 1 공간부(31)를 형성한다. 또한, 제 1 공간부(31)의 안쪽에는 원형상의 제 1 통로(32)가 형성되고, 제 1 통로(32) 후방에는 원형상의 제 2 공간부(33)가 형성되어 커터 헤드(130)에 의해 파쇄된 토사 및 암편이 제 1 공간부(31), 통로(32) 및 제 2 공간부(33)로 밀려 들어오면서 다시 한 번 파쇄된다. 중공부(11)의 후면 및 중공부(41)의 전면은 차단막에 의해 차단되며, 필요에 따라 출입할 수 있는 도어(50)가 설치된다.
후방통(120)의 내측 하단부에는 송니배관(61) 및 배니배관(62)이 각각 나란하게 설치되다가, 송니배관(61)이 절곡되어 중공축(10) 및 제 2 크러셔(40)의 중공부(41)를 관통하여 전방통(110)의 중심부에 설치되어 커터 헤드(130)의 후방 공간에 소정의 압력으로 물을 공급한다. 제 2 배니배관(63)은 후방통(120)의 내측 하단부에서 그대로 연장되어 제 2 공간부(33)의 하단과 연통되어 제 2 공간부(33)로 밀려 들어온 물과 혼합된 토사 및 암편을 배토시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 후방통(120)을 통과하는 배니내관(62)의 일단에서 분기되어 중공축(10)의 중공부(11)를 관통하여 제 2 크러셔(40)의 하단부를 관통하여 제 2 공간부(33)로 연결되는 부가적인 제 2 배니배관(63)이 마련된다.
한편, 전방통(110)과 후방통(120)은 4개의 방향수정 잭(steering jack;170)으로 연결되어 각각의 방향수정 잭(170)을 당기거나 밀어 전방통(110)의 방향을 조절할 수 있다. 후방통(120) 내부에는 이들 방향수정 잭(170)에 유압을 공급하기 위한 유압장치(171) 및 방향수정 잭(170)의 스트로크를 조절하기 위한 다수의 솔레노이드 밸브(172)가 설치된다.
후방통(120)의 일단에는 눈금이 새겨진 타겟 및 다수의 게이지가 설치된 패널(180)이 마련되며, 이 패널(180)의 후방에는 이를 관측할 수 있는 카메라(181)가 설치되어 지상에 위치한 조종실에서 이를 관측할 수 있다. 한편, 수직 작업구에 설치되어 주사되는 레이져 빔이 타겟의 소정 위치에 표시되는 것에 따라 터널 굴진기(100)의 방향을 측정할 수 있으며, 이를 토대로하여 각각의 방향수정 잭(170)을 조절함으로써 터널 굴진기(100)의 방향을 원하는 방향으로 유도할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 내부공간 출입 가능한 터널 굴진기의 기본 동작은 다음과 같이 이루어진다.
터널 굴진기(100)는 미도시된 유압 잭에 의해 굴진방향으로 추진관(미도시됨)과 함께 추진되어 커터 헤드(130) 전면에는 막장압이 형성된다. 커터 모터(140)의 구동력은 감속기(141)를 거치면서 높은 토오크를 형성하여 링기어(21)를 회전시킨다. 링기어(21)는 제 1 크러셔(30) 및 커터 헤드(130)를 회동시켜 롤러 커터(131) 및 메인 비트(132)에 의해 커터 헤드(130) 전면에 있는 토사 및 암편을 파쇄시킨다.
이와 동시에, 송니배관(61)을 통해 소정 압력으로 물이 공급되어 물은 커터 헤드(130)의 개구부(133)를 통해 들어온 파쇄된 토사 및 암편과 혼합되면서 소정의 막장압을 형성한다. 특히, 송니배관(61)을 통해 전방통(110)의 중심부로 공급되는 물은 커터 헤드(130) 후방에 균일한 막장압을 형성하여 토사 및 암편이 물과 원활하게 혼합되어 제 1 공간부(31)를 거쳐 제 2 공간부(33)로 밀려들어가게 한다.
제 1 공간부(31)에서는 회전하는 제 1 크러셔(30)와 고정된 제 2 크러셔(40)에 의해 더 잘게 파쇄된다. 제 2 공간부(33)로 밀려 들어온 토사 및 암편은 제 2 공간부(33)의 내측 하단부와 연통된 제 1 배니배관(62) 및 제 2 크러셔(40)의 하단부를 통해 제 2 공간부(33)와 연결된 부가적인 제 2 배니배관(63)을 통해 배토된다.
이처럼 터널 굴진기의 송니배관(61)이 전방통(110)의 중심부에 위치하도록 하고 제 2 배니배관(63)을 보강함으로써 송니배관(61)이 전방통(110)의 어느 일측 가장자리에 설치된 종래의 구조에 비해 커터 헤드(130) 후방의 막장압을 균일하게 유지할 수 있으며, 공급된 물과 파쇄된 토사 및 암편이 고르게 혼합되어 배토효율이 향상된다.
한편, 중공축(10) 및 제 2 크러셔(40)에 의해 형성된 중공부(11,41)는 작업자의 출입 통로로 이용할 수 있다.
이상, 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 터널 굴진기의 전방통 중심으로 연통된 송니배관에 의해 커터 헤드 후방의 막장압을 균등하게 유지할 수 있으며, 파쇄된 토사 및 암편에 물과 고르게 섞일 수 있도록하여 배토효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 강재 원통형의 전방통(front body)과 후방통(tail body)을 구비하며, 전방통의 전면에 회전가능하도록 설치된 커터 헤드(cutter head)를 구비하며, 전방통과 후방통이 다수의 방향수정 잭(steering jack)으로 결합되며, 후방통 내부에 커터 헤드를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor)와 감속기(reducer)가 마련된 터널 굴진기에 있어서,
    상기 전방통의 중심에 지지브라켓에 의해 지지되며 중공부가 형성된 중공축과;
    상기 중공축의 외주연상에 회전가능하도록 결합되며 상기 감속기와 기어결합되는 링기어와;
    상기 링기어의 외주연에 축방향으로 설치되고 전방을 향해 나팔형상으로 연장되어 끝단에 상기 커터 헤드가 결합된 제 1 크러셔와;
    상기 중공축의 일단에 축방향으로 고정 결합되며, 상기 제 1 크러셔와 함께 제 1, 2 공간부 및 통로를 형성하는 제 2 크러셔와;
    상기 중공축 및 제 2 크러셔의 중공부를 관통하여 상기 전방통의 중심부에 설치되는 송니배관과;
    상기 전방통의 내측 하단부에 설치되는 배니배관을 포함하는 터널 굴진기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배니내관(62)의 일단에서 분기되어 중공축(10)의 중공부(11)를 관통하여 제 2 크러셔(40)의 하단부를 관통하여 제 2 공간부(33)로 연결되는 제 2 배니배관(63)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 터널 굴진기.
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